礦山爆破振動與控製技術和降震措施

摘要：03manbetx 了礦山爆破工程中爆破振動產生的原因、爆破地震波的特征及傳播規律和影響地震波傳播的因素,指出礦山在爆破施工中為減小爆破振動強度、控製和預防爆破地震效應,應選取合理的爆破參數,充分利用微差技術,改善爆破條件等。

關鍵詞：礦山爆破;地震效應;控製技術;降震措施

1概述

　　在礦山爆破施工中,因爆破的規模、爆破的方法、爆破自由空間及爆破區域環境條件的不同,爆破所引起的振動、空氣衝擊波、噪音、有毒氣體及露天爆破引起的飛石,對周圍的環境、建(構)築物、設施和人員將產生不同程度的影響。尤其是爆破振動帶來的危害較為嚴重,它不僅對周圍建(構)築物結構產生不良影響,更嚴重的是引起礦山與當地村民之間的民事糾紛。目前大多數礦山企業,為避免和減小爆破振動,采取的主要措施就是降低爆破炸藥量。降低了爆破炸藥量,也減少了爆破礦石總量,進而影響了采礦強度和礦山發展中生產規模的提高。因此,研究和03manbetx 礦山爆破振動的控製技術及降震措施,是十分必要的,也是礦山發展中確保生產秩序正常的一項重要工作。

　2爆破振動與爆破地震波的傳播

　　2.1爆破振動及爆破地震波的形成由岩石爆破機理知,岩石

　　爆破“破壞”是一個炸藥能量釋放、傳遞和作功的過程,這個過程非常短暫,隻有幾十微秒。在這個短暫的時間中,炸藥包在岩石中爆炸,爆轟作用形成的應力波,由藥包中心即爆炸中心向周圍傳播,先是使鄰近藥包周圍的岩石產生壓碎圈和破裂圈(壓碎圈和破裂圈的大小,由炸藥的品種、數量和岩石的性質決定),形成壓碎圈和破裂圈,這是我們所希望得到的炸藥爆炸的有用功。而當應力波通過破裂圈後,由於它的強度急速衰減,再也不能引起岩石破裂,而隻能引起岩石質點產生彈性振動,並以彈性波的形式向外傳播,這種彈性波又叫地震波。爆破地震波傳播到地表,將會引起地表震動,即為爆破振動。由此引起的地麵以及地麵上的物體產生顛簸和搖晃的現象及後果叫地震效應。爆破振動的發生、傳播,雖然時間很短,但不加控製,帶來的危害很大。

　　2.2爆破地震波的特點

　　地震波具有較複雜的波形,但整個波動過程大致可以分為三個部分,(1)初震相;(2)主震相;(3)餘震相。如圖所示,主震相振幅最大,所以破壞性也最大。爆破地震波的峰值與裝藥量、至震源的距離有關,並隨之變化而變化。

　　地震波由若幹種波組成,根據波傳播的途徑不同,大致分為主要由縱波與橫波組成的體積波和主要由瑞利波與拉夫波組成的表麵波兩種。體積波特別是其中的縱波能使岩石產生壓縮和拉伸變形,它是爆破時造成岩石破裂的主要原因。表麵波特別是其中的瑞利波,由於它的頻率低、衰減慢、攜帶較多的能量,是造成地震破壞的主要原因。

　　2.3地震波的傳播規律及特征

　　2.3.1地震波攜帶的能量很小炸藥爆炸時,雖然用於破碎岩石的能量隻占炸藥爆炸釋放能量的10%～15%,鬆動爆破時也不超過25%，但轉換成地震波的能量更小,隻不過占炸藥爆炸釋放總能量的百分之幾,並隨著岩石性質不同略有差異,在幹土中約為2%～3%,在濕土中約為5%～6%,在岩石中約為2%～6%。

　　2.3.2爆破地震波與自然地震波不同爆破地震和自然地震雖然同屬於能量釋放引起地表振動的現象,但二者有明顯的差異。一是頻率不同,自然地震頻率都很低,爆破地震頻率則較高,從數十至數百赫;二是波的衰減速度不同,自然地震波衰減慢,爆破地震波衰減很快;三是持續時間不同,自然地震常持續達數分鍾之久,而爆破地震持續時間最長也不超過數百毫秒。

　　2.3.3爆破地震波的頻率與炸藥性質有關實驗說明,炸藥爆炸時所產生的爆破地震波受炸藥性質影響。低爆速炸藥爆轟壓力上升得慢,產生的爆破振動也小，反之,高爆速炸藥爆轟壓力上升得快,產生的爆破振動也大。

　　2.3.4爆破地震波的傳播受地形地質條件影響爆破地震在堅硬的岩石中傳播較慢,衰減也快,而在鬆軟的岩石中傳播則快,衰減也慢。爆破地震波在傳播過程中,遇到斷層、裂隙、解理麵、采空區、巷道、河穀、山溝時,其裂度明顯降低。

　　2.3.5爆破地震波的強度與爆破方法和參數有關爆破施工中,采用的爆破方法直接影響著爆破振動的強度。若用齊發或瞬發起爆,產生的爆破振動強度大;采用微差起爆,產生的爆破強度就小。另外,爆破振動強度與爆破藥量、爆破作用指數等參數也有著直接關係。

　　2.4爆破地震振動強度及判據

　　2.4.1衡量爆破振動強度的物理量衡量爆破振動強度的物理量是非常複雜的,但是主要的有質點振動位移、質點振動速度和振動加速度等。究竟用哪一種量最能反映爆破振動的強度,到目前,國內外專家的看法還不能統一,但多數人認為選擇質點振動速度為標準比較合適。我國GB6722-86《爆破安全01manbetx 》也是按質點振動速度作為判定爆破振動強度的判據。

　　2.4.2爆破振動物理量的計算大量的研究和實際測試表明,質點振動速度與一次起爆的炸藥量成正比,與至爆源的距離成反比。由於試驗的條件不一樣,各國得到的計算公式也不同,但趨向卻是一致的。當爆破作用指數為1時,我國常用的質點振動速度計算公式〔１〕為:

式中R安——爆破地震安全距離,m 。

3爆破振動的控製及降震措施

　　礦山爆破,無論是地下礦山的中深孔爆破,還是露天大爆破,必須重視爆破振動的危害。特別是在距村莊民房或固定的建(構)築物較近的區域爆破,為確保安全,避免引起民事糾紛,必須把爆破振動的危害控製在允許的範圍之內。

　　3.1選取合理的爆破參數降低爆破振動

　　3.1.1選擇適當的爆破作用指數對露天大爆破,特別是露天硐室大爆破,爆破作用指數n值的大小,較大的影響著爆破振動強度,在一定的範圍內,它們之間成反比關係。根據資料介紹,n為1.5的拋擲爆破與n為0.8的鬆動爆破相比,振動速度可降低4%～22%〔2〕。因此,礦山爆破中,應盡可能獲得最大
　　鬆動的爆破效果,以減少爆破振動強度。地下礦山的中深孔爆破,在合理選取爆破作用指數n值的同時,還必須創造一定的自由空間,使爆破獲得最大鬆動。

　　3.1.2孔網參數要合理根據爆破機理的微分原理,為達到安全、合理之目的,使炸藥均勻地分布在被爆岩體中,防止能量過於集中,達到減小爆破振動強度之目的。這就要求爆破設計中選取比較合理的孔網參數,一是炮孔密集係數要盡量大於1;二是采用大孔距小排距爆破新技術;三是減少炮孔超深;四是地下礦山扇形中深孔孔口堵塞長度要合理,防止孔口藥量集中;五是采用孔內間隔裝藥。

　　3.1.3取合適的單位炸藥消耗量單位炸藥消耗量,是爆破設計中計算炸藥量的一個非常重要的參數,它除對保證爆破效果起決定作用外,還影響著爆破振動的強度。過大的炸藥單耗,會使爆破振動和空氣衝擊波增大,並引起岩塊過度移動或拋擲。相反,炸藥單耗過小,也會由於延遲和減小從自由麵反射回來的拉伸波效應,從而使爆破振動增大。最優的炸藥單耗,要通過現場測試和長期實踐來確定。

　　3.1.4控製一次爆破炸藥量一次爆破時的最大炸藥量與爆破振動的強度成正比,一次爆破藥量越大,爆破振動強度越大。爆破時必須嚴格控製一次爆破藥量。采礦強度需要加大爆破藥量時,必須采用分段(包括排間分段、孔間分段和孔內間隔分段)起爆,但不影響爆破總裝藥量和爆破礦石總量,滿足生產需要。

　　3.2利用微差技術降低爆破振動強度

　　3.2.1微差起爆微差起爆,就是將爆破的總藥量,分組以毫秒級的時間間隔進行順序爆破,這完全符合爆破機理的微分原理,對減弱爆破地震效應有很大作用。大量的試驗研究表明,在總裝藥量及其它條件相同的情況下,微差起爆的振動強度要比齊發爆破降低1/3～2/3。其降振率計算公式〔2〕為:

　　δ = (V-V1) / V = 1 - η2/3(3)

式中δ ——降振率,%;

　　V ——齊發爆破質點振動速度,cm/s;

　　V1——微差爆破質點振動速度,cm/s;

　　η ——齊發爆破總裝藥量與微差爆破最大一段裝藥量之比。

　　3.2.2按地震效應最小的原則確定微差時間大量試驗研究表明,產生地震效應最低的微差時間同補充自由麵以及利用爆破碎塊碰撞進行補充破碎所需的微差時間是一致的。這就是說,選擇地震效應最小的微差時間,不會影響爆破效果。確定微差時間的原則有三:一是使前後起爆的炸藥量產生的地震波主震相不重疊;二是選取微差時間應使前後起爆的炸藥量產生的地震波互相幹擾;三是使排間延發時間大於排內延發時間。長期研究和實踐證明,此時間一般選取30～５０ms為宜。這還要按不同的地質條件和環境,通過測試和長期觀察來確定。

　　3.3改善爆破條件降低爆破振動

　　3.3.1選用低爆速、低威力的炸藥在爆破施工中,選用低爆速、低威力的炸藥,對降低爆破振動強度有一定的積極作用。試驗研究表明,炸藥的波阻抗ρD不同,爆破振動強度也不同,ρD越大,爆破振動強度也越大。當炸藥的波阻抗ρD越接近岩石的波阻抗ρC,則振動強度會更大。若將2＃岩石炸藥的爆速由3200m/s降到1800m/s時,其地震效應就可降低40%～60%〔2〕。

　　3.3.2創造良好的自由空間爆破試驗研究得知,鬆動條件良好的炮孔爆破,即靠近自由麵的炮孔爆破時產生的爆破振動小,因此,爆破施工中必須有充分的自由空間,配合微差技術,使所有炮孔均能有良好的自由空間,以便使炮孔爆破後,特別是後排炮孔爆破後產生的壓縮波可以從這些自由麵反射,獲得最大的鬆動,以達到降低爆破振動的效果。

　　3.3.3調整爆破傳爆方向爆破施工中,尤其是露天爆破施工中,爆源與被保護對象的相對方位不同,其振動影響也不同。實踐表明,拋擲爆破時,最小抵抗線方向的振動最小,反向最大,兩側居中。成排的群藥包爆破時,在藥包中心連線方向比在垂直於連線方向的振動速度可降低25%～45%。

　　3.3.4利用自然條件爆破施工中,可充分考察並利用自然的河流、深溝、渠道、斷層等自然條件,減弱地震速度的傳播。如無自然條件可利用,必要時開挖減震溝,或采用預裂爆破,人為地形成垂直於地表的裂隙麵,使地震波到達時發生反射。采用減震溝措施,一般可減震30%～50%,是減震的有效措施。

　　3.3.5全麵03manbetx 保護對象礦山爆破中,被保護對象和地震傳播介質一般是固定的。因此,要經長期的觀測、03manbetx 、了解並掌握其性質、結構和抗震性能,采取相應的措施,必要時進行科學測試,從爆破地震波的波動規律和傳播性能,以及建築物的響應特性兩個方麵,通過進行頻譜相幹特性與建築物的影響特征分析,合理確定爆破參數和與地質條件有關的係數,確定合理的安全距離。

4結束語

　　礦山爆破地震效應是一個很複雜的問題,影響因素較多。但是,經認真分析和研究,抓住幾個關鍵的因素,采取適當的措施,完全可以減弱礦山爆破振動影響。既使被保護對象不受損壞,又避免因爆破引起礦群之間的民事糾紛,確保正常的礦山生產秩序。

參考文獻:

　　〔1〕中國力學學會工程爆破專業委員會。爆破工程［Ｍ］。北京:冶金工業出版社,1992.4

　　〔2〕商健，等。拆除爆破與安全管理［Ｍ］。北京:兵器工業出版社,1993.10